JP2009016761A - 位置検出装置の調整方法、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アライメント検出系などの位置検出装置において、光学系のコマ収差と光軸ずれの各々を独立して高精度に調整し、検出誤差を低減させることができる調整方法を提供する。
【解決手段】位置を変更可能な第１の光学部材及び第２の光学部材を含む光学系を備え、光軸に垂直な方向における前記第１の光学部材を位置決めすべき位置として互いに異なる複数の位置を設定するステップと、前記複数の位置の各々について、前記被検物体を相対的に前記光軸の方向に移動させながら、光電変換素子に入射する光を検出するステップと、前記検出ステップで検出された光の検出信号の非対称性を示す評価値を算出するステップと、前記算出ステップで算出された前記評価値が鈍感である前記被検物体の前記光軸の方向の位置を特定するステップと、前記評価値に基づいて、前記第２の光学部材の前記光軸に垂直な方向の位置を調整するステップとを有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検物体の位置を検出する位置検出装置の調整方法に関する。

フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体デバイスを製造する際に、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウエハ等に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。

投影露光装置においては、半導体デバイスの微細化に伴い、より高い解像力でレチクルのパターンをウエハに露光することが要求されている。投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例する。このため、露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化が進められている。

現在では、露光光源は、超高圧水銀ランプ（ｉ線（波長約３６５ｎｍ））からＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）となり、Ｆ_２レーザー（波長約１５７ｎｍ）の実用化も進んでいる。更には、波長１０ｎｍ乃至１５ｎｍ程度の極端紫外線光（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ光）の採用も見込まれている。

また、投影光学系とウエハとの間の少なくとも一部を液体（例えば、１よりも大きな屈折率を有する液体）で浸すことによって投影光学系の高ＮＡ化を図る液浸露光も提案されている。液浸露光は、ウエハ側からみた投影光学系のＮＡを増加させることで解像度を向上させている。

このような解像度の向上に伴って、投影露光装置においては、ウエハに幾つかのパターンを重ね合わせる際の精度である重ね合わせ精度（オーバーレイ精度）の向上も求められている。一般に、オーバーレイ精度には解像度の１／５程度が必要とされており、半導体デバイスの微細化が進むにつれてオーバーレイ精度の向上がますます重要となる。所望のオーバーレイ精度を得るためには、レチクルとウエハとを高精度に位置合わせ（アライメント）する必要があり、投影露光装置には複数のアライメント検出系（即ち、位置検出装置）が構成されている。

ウエハアライメント検出系は、オフアクシス（Ｏｆｆ−ａｘｉｓ）検出系とＴＴＬ−ＡＡ（Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｌｅｎｓ Ａｕｔｏ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）検出系の２つに大別される。オフアクシス検出系は、投影光学系を介さずにウエハ上のアライメントマークを光学系に検出する。ＴＴＬ−ＡＡ検出系は、投影光学系を介して、非露光光のアライメント波長を用いてウエハ上のアライメントマークを検出する。

近年では、半導体デバイスの生産が少品種大量生産型から多品種少量生産型に移行しているため、様々な条件のウエハプロセス（材質、厚さ、膜厚、線幅等）に対して検出誤差を小さく抑えることができるアライメント検出系が求められている。例えば、アライメント検出系がＴＩＳ（Ｔｏｏｌ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｈｉｆｔ）を含んでいると、対称な段差構造を有するアライメントマークを検出しても検出誤差が発生してしまう。検出誤差は、ＴＩＳの原因であるアライメント検出系の光学系に残存する収差（特に、偏芯によるコマ収差）や、かかる光学系の光軸の傾き（光軸ずれ）によって発生する。従って、様々な条件のウエハプロセスに対して検出誤差を小さく抑えることができるアライメント検出系を提供するためには、アライメント検出系の光学系のコマ収差及び光軸ずれを小さくすることが必要である。

そこで、調整用マークを検出した際の波形の非対称性に着目し、かかる波形が対称となるようにアライメント検出系の光学部材を動かす（光学重心を調整する）ことによって光軸ずれを低減させるアライメント検出系の調整方法が提案されている（特許文献１参照）。
特開平９−１６７７３８号公報

しかしながら、従来の調整方法は、アライメント検出系の光学系のコマ収差と光軸ずれをトータルでキャンセルする（打ち消す）ように調整しており、アライメント検出系の光学系のコマ収差と光軸ずれの各々を低減させる（０に近づける）ものではなかった。

調整用マークを検出した際の波形の非対称性には、コマ収差の影響だけではなく、光軸ずれの影響も含まれている。従って、アライメント光学系の光学部材を動かして光軸ずれを調整したつもりでも、コマ収差の影響と光軸ずれの影響とが打ち消し合っているだけであり、実際には、検出誤差を発生させるコマ収差や光軸ずれが残存している場合がある。その結果、従来の調整方法で調整されたアライメント検出系は、ある条件のウエハプロセスに対しては検出誤差を小さく抑えることは可能であるが、様々な条件のウエハプロセスに対して検出誤差を小さく抑えることができない。換言すれば、従来の調整方法で調整されたアライメント検出系は、ウエハプロセスごとに検出精度（アライメント精度）が異なってしまう。

そこで、本発明は、アライメント検出系などの位置検出装置において、光学系のコマ収差と光軸ずれの各々を独立して高精度に調整し、様々な条件のウエハプロセスに対して検出誤差を低減させることができる調整方法を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての調整方法は、位置を変更可能な第１の光学部材及び第２の光学部材を含む光学系を備え、被検物体の位置を検出する位置検出装置の調整方法であって、前記光学系の光軸に垂直な方向における前記第１の光学部材を位置決めすべき位置として互いに異なる複数の位置を設定する設定ステップと、前記設定ステップで設定された前記複数の位置の各々について、前記被検物体を相対的に前記光軸の方向に移動させながら、前記光学系を介して光電変換素子に入射する光を検出する検出ステップと、前記複数の位置の各々について、前記検出ステップで検出された光の検出信号の非対称性を示す評価値を算出する算出ステップと、前記複数の位置に対して、前記算出ステップで算出された前記評価値が鈍感である前記被検物体の前記光軸の方向の位置を特定する特定ステップと、前記特定ステップで特定された前記被検物体の前記光軸の方向の位置において、前記評価値に基づいて、前記第２の光学部材の前記光軸に垂直な方向の位置を調整する第１の調整ステップとを有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、アライメント検出系などの位置検出装置において、光学系のコマ収差と光軸ずれの各々を独立して高精度に調整し、様々な条件のウエハプロセスに対して検出誤差を低減させることができる調整方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一側面としての露光装置１の構成を示す概略ブロック図である。露光装置１は、本実施形態では、レチクル２０とウエハ４０とを走査方向に互いに同期移動させながらレチクル２０のパターンをウエハ４０に露光する走査型の投影露光装置（スキャナー）である。但し、露光装置１は、レチクル２０を固定してレチクル２０のパターンをウエハ４０に露光する投影露光装置（ステッパー）であってもよい。

露光装置１は、図１に示すように、照明装置１０と、レチクル２０を支持するレチクルステージ２５と、投影光学系３０と、ウエハ４０を支持するウエハステージ４５とを備える。更に、露光装置１は、ステージ基準プレート５０と、フォーカス検出系６０と、レチクルアライメント検出系７０及び７５と、ウエハアライメント検出系８０と、制御部９０とを備える。以下では、投影光学系３０の光軸に平行な方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内でレチクル２０とウエハ４０との走査方向をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向（非走査方向）をＸ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸周りの方向をθＸ方向、θＹ方向及びθＺ方向とする。

照明装置１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル２０を照明し、光源１２と、照明光学系１４とを有する。

光源１２は、例えば、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーや波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーなどのエキシマレーザーを使用する。但し、光源１２はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５７ｎｍのＦ_２レーザーなどを使用してもよい。

照明光学系１４は、光源１２からの光束を用いてレチクル２０を照明する光学系である。照明光学系１４は、本実施形態では、レチクル２０上の所定の照明領域を均一な照度分布の光束（露光光）で照明する。

レチクル２０は、回路パターンを有し、レチクルステージ２５に支持及び駆動される。レチクル２０から発せられた回折光は、投影光学系３０を介して、ウエハ４０に投影される。

レチクルステージ２５は、レチクル２０を支持し、本実施形態では、投影光学系３０の光軸に垂直な平面内、即ち、ＸＹ平面内で２次元移動可能及びθＺ方向に微小回転可能に構成される。また、レチクルステージ２５は、少なくとも１軸駆動で構成されるが、６軸駆動で構成されることが好ましい。レチクルステージ２５は、リニアモータ等のレチクルステージ駆動機構によって駆動される。

レチクルステージ２５上には、ミラー２７が配置されている。また、ミラー２７に対向する位置には、ミラー２７のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を計測するレーザ干渉計２９が配置されている。レチクルステージ２５に支持されたレチクル２０の２次元方向の位置及び回転角は、レーザ干渉計２９によってリアルタイムに計測される。レーザ干渉計２９の計測結果は、制御部９０に出力される。

投影光学系３０は、複数の光学素子を含み、レチクル２０のパターンを所定の投影倍率βでウエハ４０に投影する光学系である。投影光学系３０は、本実施形態では、縮小投影光学系であり、例えば、１／４倍又は１／５倍の投影倍率を有する。

ウエハ４０は、レチクル２０のパターンが投影（転写）される基板である。但し、ウエハ４０の代わりにガラスプレートやその他の基板を用いることもできる。ウエハ４０には、レジストが塗布されている。

ウエハステージ４５は、ウエハ４０を支持及び駆動する。ウエハステージ４５は、本実施形態では、ウエハチャックを介してウエハ４０を保持するＺステージと、Ｚステージを支持するＸＹステージと、ＸＹステージを支持するベースとを有する。ウエハステージ４５は、リニアモータ等のウエハステージ駆動機構によって駆動される。

ウエハステージ４５上には、ミラー４７が配置されている。また、ミラー４７に対向する位置には、ミラー４７のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を計測するレーザ干渉計４９ａ及びミラー４７のＺ軸方向の位置を計測するレーザ干渉計４９ｂが配置されている。ウエハステージ４５のＸ軸方向の位置、Ｙ軸方向の位置及びθＺ方向の位置は、レーザ干渉計４９ａによってリアルタイムに計測される。また、ウエハステージ４５のＺ軸方向の位置、θＸ方向の位置及びθＹ方向の位置は、レーザ干渉計４９ｂによってリアルタイムに計測される。レーザ干渉計４９ａ及び４９ｂの計測結果は、制御部９０に出力される。

また、ウエハステージ４５上のコーナーにはステージ基準プレート５０が配置されている。図２は、ウエハステージ４５上のステージ基準プレート５０の構成を示す図であって、ステージ基準プレート５０は、ウエハ４０の表面とほぼ同じ高さとなるように配置される。ステージ基準プレート５０は、図２に示すように、レチクルアライメント検出系７０（又はレチクルアライメント検出系７５）が検出するレチクルアライメント検出系用基準マーク５２を有する。更に、ステージ基準プレート５０は、ウエハアライメント検出系８０が検出するウエハアライメント検出系用基準マーク５４を有する。

ステージ基準プレート５０は、ウエハステージ４５上の１つのコーナーに配置されていてもよいし、ウエハステージ４５上の複数のコーナーに配置されていてもよい。また、ステージ基準プレート５０は、複数のレチクルアライメント検出系用基準マーク５２や複数のウエハアライメント検出系用基準マーク５４を有していてもよい。なお、レチクルアライメント検出系用基準マーク５２とウエハアライメント検出系用基準マーク５４との位置関係（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）は、予め所定の位置関係に設定される。レチクルアライメント検出系用基準マーク５２とウエハアライメント検出系用基準マーク５４とは、共通のマークであってもよい。

フォーカス検出系６０は、ウエハ４０のフォーカス（Ｚ軸方向の位置）を検出する機能を有し、本実施形態では、ウエハ４０の表面に検出光を投射する投射系と、ウエハ４０の表面で反射した検出光を受光する受光系とを含む。フォーカス検出系６０の検出結果は、制御部９０に出力される。

レチクルアライメント検出系７０は、レチクルステージ２５の近傍に配置されている。レチクルアライメント検出系７０は、レチクルステージ２５に支持されているレチクル２０上の図示しないレチクル基準マークを検出する。また、レチクルアライメント検出系７０は、投影光学系３０を介して、ウエハステージ４５上に配置されたステージ基準プレート５０のレチクルアライメント検出系用基準マーク５２を検出する。

レチクルアライメント検出系７０は、実際にウエハ４０を露光する光源１２と同一な光源を用いてレチクル基準マーク及びレチクルアライメント検出系用基準マーク５２を照射し、かかるマークからの反射光を光電変換素子（例えば、ＣＣＤカメラ）で検出する。レチクル２０上のレチクル基準マークとステージ基準プレート５０上のレチクルアライメント検出系用基準マーク５２との位置及びフォーカスを合わせることで、レチクルステージ２５とウエハステージ４５との相対的な位置関係を合わせることができる。レチクルアライメント検出系７０の検出結果は、制御部９０に出力される。

レチクルアライメント検出系７５は、透過型の検出系であって、レチクルアライメント検出系用基準マーク５２が透過型のマークである場合に使用される。レチクルアライメント検出系７５は、光源１２と同一な光源を用いてレチクル基準マーク及びレチクルアライメント検出系用基準マーク５２を照射し、かかるマークからの透過光を光量センサで検出する。レチクルアライメント検出系７５は、ウエハステージ４５をＸ軸方向（又はＹ軸方向）及びＺ軸方向に駆動させながら透過光の光量を検出する。これにより、レチクル２０上のレチクル基準マークとステージ基準プレート５０上のレチクルアライメント検出系用基準マーク５２との位置及びフォーカスを合わせることができる。その結果、レチクルステージ２５とウエハステージ４５との相対的な位置関係を合わせることができる。レチクルアライメント検出系７５の検出結果は、制御部９０に出力される。

このように、レチクルアライメント検出系７０、或いは、レチクルアライメント検出系７５のどちらを用いても、レチクルステージ２５とウエハステージ４５との相対的な位置関係を合わせることができる。

ウエハアライメント検出系８０は、位置を変更可能な第１の光学部材及び第２の光学部材（後述する照明光源８０１、開口絞り８０３、光学部材８１０など）を含む光学系を備え、被検物体（アライメントマークなど）の位置を検出する。具体的には、ウエハアライメント検出系８０は、ウエハ４０上のウエハアライメントマーク４２やステージ基準プレート５０上のウエハアライメント検出系用基準マーク５４に検出光を投射する投射系と、かかるマークからの反射光を受光する受光系とを含む。ウエハアライメント検出系８０の検出結果は、制御部９０に出力される。

制御部９０は、図示しないＣＰＵやメモリを有し、露光装置１の動作を制御する。制御部９０は、レチクルステージ２５、レーザ干渉計２９、ウエハステージ４５、レーザ干渉計４９ａ及び４９ｂと電気的に接続されている。また、制御部９０は、フォーカス検出系６０、レチクルアライメント検出系７０（又はレチクルアライメント検出系７５）及びウエハアライメント検出系８０と電気的に接続されている。

制御部９０は、レーザ干渉計２９の計測結果に基づいて、レチクルステージ２５（即ち、レチクルステージ駆動機構）を制御し、レチクルステージ２５に支持されたレチクル２０の位置決めを行う。また、制御部９０は、レーザ干渉計４９ａ及び４９ｂの計測結果に基づいて、ウエハステージ４５（即ち、ウエハステージ駆動機構）を制御し、ウエハステージ４５に支持されたウエハ４０の位置決めを行う。また、制御部９０は、フォーカス検出系６０の検出結果に基づいて、ウエハステージ４５に支持されたウエハ４０のＺ軸方向の位置（フォーカス位置）及び傾斜角を調整する。また、制御部９０は、レチクルアライメント検出系７０又は７５の検出結果に基づいて、レチクルステージ２５とウエハステージ４５との位置合わせ（アライメント）を行う。また、制御部９０は、ウエハアライメント検出系８０の検出結果に基づいて、ウエハステージ４５のＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動し、ウエハ４０のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を調整する。更に、制御部９０は、後述するレチクルアライメント検出系７０（又は７５）やウエハアライメント検出系８０などの位置検出装置の調整処理を制御する（即ち、調整方法を実行する）。

図３を参照して、ウエハアライメント検出系８０について詳細に説明する。図３は、ウエハアライメント検出系８０の具体的な構成を示す概略断面図である。ウエハアライメント検出系８０は、本実施形態では、ファイバ等を含む照明光源８０１と、リレー光学系８０２と、開口絞り８０３と、照明系８０４と、偏光ビームスプリッター８０５と、λ／４位相板８０６と、対物レンズ８０７とを含む。また、ウエハアライメント検出系８０は、リレーレンズ８０８と、第１の結像光学系８０９と、コマ収差を調整するための光学部材８１０と、第２の結像光学系８１１と、光電変換素子８１２と、駆動部８１３乃至８１５とを含む。駆動部８１３は、制御部９０に制御され、ウエハアライメント検出系８０を構成する光学系（本実施形態では、リレー光学系８０２や照明系８０４など）の光軸に垂直な方向に照明光源８０１（詳細には、照明光源８０１の光束の射出口）を駆動する。駆動部８１４は、制御部９０に制御され、ウエハアライメント検出系８０を構成する光学系（本実施形態では、リレー光学系８０２や照明系８０４など）の光軸に垂直な方向に開口絞り８０３（詳細には、開口絞り８０３の開口）を駆動する。駆動部８１５は、制御部９０に制御され、ウエハアライメント検出系８０を構成する光学系（本実施形態では、リレーレンズ８０８、第１の結像光学系８０９や第２の結像光学系８１１など）の光軸に垂直な方向に光学部材８１０を駆動する。なお、駆動部８１３乃至８１５には、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができる。また、本実施形態のウエハアライメント検出系８０は、照明光源８０１乃至照明系８０４を含む光学系の光軸と、偏光ビームスプリッター８０５乃至光電変換素子８１２を含む光学系の光軸とを含むが、これらをまとめて光軸と称する。

図３を参照するに、照明光源８０１からの光束は、リレー光学系８０２を介して、ウエハアライメント検出系８０の瞳面（物体面に対する光学的なフーリエ変換面）に相当する位置に配置された開口絞り８０３に到達する。なお、開口絞り８０３でのビーム径ＬＤ_８０３は、図４に示すように、照明光源８０１でのビーム径ＬＤ_８０１よりも十分に小さくなる。開口絞り８０３に到達した光束は、照明系８０４を介して、偏光ビームスプリッター８０５に導光される。偏光ビームスプリッター８０５に導光された光束のうち紙面に垂直なＳ偏光は、偏光ビームスプリッター８０５で反射され、λ／４位相板８０６を透過して円偏光に変換される。λ／４位相板８０６を透過した光束は、対物レンズ８０７を介して、ウエハ４０上に形成されたのウエハアライメントマーク４２をケーラー照明する。ここで、図４は、照明光源８０１でのビーム径ＬＤ_８０１と開口絞り８０３でのビーム径ＬＤ_８０３との関係を示す図である。

ウエハアライメントマーク４２からの反射光、回折光及び散乱光は、対物レンズ８０７を介して、λ／４位相板８０６を透過して紙面に平行なＰ偏光に変換され、偏光ビームスプリッター８０５を透過する。偏光ビームスプリッター８０５を透過した光束は、リレーレンズ８０８、第１の結像光学系８０９、光学部材８１０及び第２の結像光学系８１１を介して、光電変換素子８１２上にウエハアライメントマーク４２の像を形成する。

ウエハアライメント検出系８０は、光電変換素子８１２によって光電変換されたウエハアライメントマーク４２の像の位置に基づいて、ウエハ４０の位置を検出する。ウエハアライメント検出系８０がウエハ４０上のウエハアライメントマーク４２を検出する場合、ウエハアライメントマーク４２上にはレジスト（透明層）が塗布（形成）されているため、単色光では干渉パターンが発生してしまう。従って、光電変換素子８１２からの検出信号（アライメント信号）に干渉パターンの信号が加算され、ウエハアライメントマーク４２を高精度に検出することができなくなる。そこで、本実施形態では、広帯域の波長を有する光源を照明光源８０１として使用し、光電変換素子８１２からの検出信号に干渉パターンの信号が加算されることを防止している。

また、ウエハ４０上のウエハアライメントマーク４２を高精度に検出するためには、ウエハアライメントマーク４２の像が明確に検出されなければならない。換言すれば、ウエハアライメント検出系８０の焦点（ピント）がウエハアライメントマーク４２に合っていなければならない。そこで、本実施形態では、ウエハアライメント検出系８０は、図示しないＡＦ検出系を有し、かかるＡＦ検出系の検出結果に基づいて、ウエハアライメントマーク４２をベストフォーカス面に駆動して、ウエハアライメントマーク４２を検出する。

ウエハアライメント検出系８０は、本実施形態では、オフアクシス検出系であるが、ＴＴＬ−ＡＡ検出系であってもよい。ウエハアライメント検出系８０がＴＴＬ−ＡＡ検出系である場合には、投影光学系３０を介して、ウエハアライメントマーク４２を検出するが、基本的な構成はオフアクシス検出系と同様である。

ここで、ウエハアライメント検出系８０で発生するコマ収差や光軸ずれの調整について説明する。本実施形態では、ウエハアライメント検出系８０が、図５に示すようなシリコン（Ｓｉ）面に段差ＤＬを有するウエハアライメントマーク４２を検出する場合を例として説明する。図５は、ウエハアライメントマーク４２の一例を示す概略断面図である。

まず、ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差の調整について説明する。例えば、照明光源８０１からの光束の波長をλ、図５に示すウエハアライメントマーク４２の段差ＤＬをλ／４とする。また、ウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置Ｚにおいて、ウエハアライメント検出系８０が照明σ値０．４でウエハアライメントマーク４２を照明（検出）して、図６（ａ）に示すような非対称な検出波形が得られたとする。図６（ａ）に示す検出波形の非対称性は、ウエハアライメント検出系８０を構成する光学系のコマ収差や光軸ずれを原因として発生するが、ここでは、ウエハアライメント検出系８０を構成する光学系のコマ収差を原因として発生したと仮定する。また、ウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置Ｚとは、ウエハアライメント検出系８０に対するウエハアライメントマーク４２の光軸の方向の位置である。

図６（ａ）に示すような非対称な検出波形を、図６（ｂ）に示すような対称な検出波形にするためには、駆動部８１５を介して、光学部材８１０を光軸に垂直な方向に駆動してウエハアライメント光学系８０を構成する光学系全系のコマ収差を調整すればよい。具体的には、図６（ａ）に示す非対称な検出波形が図６（ｂ）に示す対称な検出波形になるまで、光学部材８１０を光軸に対して垂直な方向に駆動する。

このように、ウエハアライメント光学系８０を構成する光学系の光軸に垂直な方向に光学部材８１０を駆動することで、ウエハアライメント光学系８０におけるコマ収差を調整することができる。

次に、ウエハアライメント検出系８０における光軸ずれの調整について説明する。図７に示すように、ウエハアライメント検出系８０に光軸ずれが存在しない場合には、照明光源８０１からの光束の主光線は、ウエハ４０（ウエハアライメントマーク４２）に対して垂直に入射する。この場合、ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差が完全に調整されていれば、図６（ｂ）に示すような対称な検出波形が得られる。図７は、ウエハアライメント検出系８０に光軸ずれが存在しない場合の例を示す図である。

一方、図８に示すように、ウエハアライメント検出系８０の開口絞り８０３が光軸に対してずれている場合には、照明光源８０１からの光束の主光線は、ウエハ４０に対して垂直に入射せずに傾斜して（角度θを有して）入射する。なお、開口絞り８０３でのビーム径ＬＤ_８０３’の中心位置は、図４に示すように、照明光源８０１でのビーム径ＬＤ_８０１の中心位置に対してずれた位置に位置することになる。このような状態のことをウエハアライメント検出系８０に光軸ずれが存在すると言う。この場合、ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差が完全に調整されていても、ウエハアライメント検出系８０で得られる検出波形は、図６（ａ）に示すような非対称な検出波形となる。ここで、図８は、ウエハアライメント検出系８０に光軸ずれが存在する場合の例を示す図である。

本実施形態では、図８に示したように、開口絞り８０３の位置ずれを例としてウエハアライメント検出系８０における光軸ずれを説明している。但し、ウエハアライメント検出系８０における光軸ずれは、照明光源８０１の位置ずれ等によっても発生する。ウエハアライメント検出系８０に光軸ずれが存在すると、検出波形が非対称となるため、ウエハアライメント検出系８０にコマ収差が存在する場合と同様に、検出誤差が発生してしまう。

ウエハアライメント検出系８０に光軸ずれが存在する場合には、駆動部８１３又は駆動部８１４を介して、照明光源８０１又は開口絞り８０３を光軸に垂直な方向に駆動してウエハアライメント検出系８０における光軸ずれを調整すればよい。具体的には、図６（ａ）に示す非対称な検出波形が図６（ｂ）に示す対称な検出波形になるまで、照明光源８０１及び開口絞り８０３の少なくとも一方を光軸に対して垂直な方向に駆動する。

このように、ウエハアライメント光学系８０を構成する光学系の光軸に垂直な方向に照明光源８０１又は開口絞り８０３を駆動することで、ウエハアライメント光学系８０における光軸ずれを調整することができる。

以上、ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差の調整及びウエハアライメント検出系８０の光軸ずれの調整について説明した。但し、実際には、図６（ａ）に示すような非対称な検出波形は、ウエハアライメント検出系８０に存在するコマ収差と光軸ずれが混ざり合って発生する。例えば、図６（ａ）に示すような非対称な検出波形がウエハアライメント検出系８０における光軸ずれを原因として発生している場合に、光学部材８１０を光軸に垂直な方向に駆動しても、ウエハアライメント検出系８０にコマ収差を発生させるだけになってしまう。従って、検出波形の非対称性の原因（ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差が原因であるのか、或いは、ウエハアライメント検出系８０における光軸ずれが原因であるのか）を特定する必要がある。換言すれば、ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差と光軸ずれの各々を分離して（独立して）調整しなければ、ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差や光軸ずれを高精度に調整することができない。

以下、ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差と光軸ずれの各々を分離して(独立して)調整する調整方法について説明する。まず、検出波形の非対称性がアライメント検出系８０を構成する光学系の光軸ずれの影響を受けないフォーカス位置においてコマ収差を調整する調整方法を説明する。

図９は、図６（ａ）に示す検出波形の波形非対称性Ｅとウエハアライメント検出系８０に対するウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置Ｚとの関係を示す図である。図９では、縦軸に波形非対称性Ｅを、横軸にフォーカス位置Ｚを採用する。波形非対称性Ｅとは、図６（ｂ）に示す検出波形の内側及び外側の上角部ＷＵ_１及びＷＵ_２、所謂、ウエハアライメントマーク４２の像のエッジのくまどり（リンキング）が原因で生じる検出波形の非対称性を示す評価値である。波形非対称性Ｅは、例えば、図１０に示すような非対称な検出波形において、内側の左の上角部の強度をＩａ、内側の右の上角部の強度をＩｂ、ベースラインの強度をＩｃとすると、（Ｉａ−Ｉｂ）／Ｉｃ［％］で定義される。換言すれば、波形非対称性Ｅは、図６（ｂ）に示す検出波形の上角部ＷＵ１及びＷＵ２での強度差を示しており、ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差や光軸ずれの指標となる。ここで、図１０は、検出波形の波形非対称性の定義を説明するための図である。

図９において、Ｅ１は、ウエハアライメント検出系８０に光軸ずれが存在せず、コマ収差のみが存在する場合の波形非対称性を示す。Ｅ２は、ウエハアライメント検出系８０に光軸ずれが存在し、且つ、Ｅ１と同等量のコマ収差が存在する場合の波形非対称性を示す。Ｅ３は、ウエハアライメント検出系８０にＥ２と同じ絶対値量で逆向きの光軸ずれが存在し、且つ、Ｅ１と同等量のコマ収差が存在する場合の波形非対称性を示す。

従来技術では、例えば、フォーカス位置Ａにおいてウエハアライメント検出系を構成する光学系のコマ収差を調整していた。フォーカス位置Ａでは、ウエハアライメント検出系８０にコマ収差に加えて光軸ずれが存在すると（Ｅ２及びＥ３）、ウエハアライメント検出系８０にコマ収差のみが存在する場合（Ｅ１）と比較して、波形非対称性が光軸ずれの影響で変化することが分かる。

ウエハアライメント検出系８０にコマ収差に加えて光軸ずれが存在する場合の波形非対称性Ｅ３について考える。この場合、フォーカス位置Ａにおいて、検出波形が対称となるように光学部材８１０を光軸に垂直な方向に駆動して、ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差を調整したとしても、実際には、図１１に示すように、コマ収差が残存してしまう。図１１は、図９に示すフォーカス位置Ａにおいて、波形非対称性Ｅ３が０になるまでコマ収差を調整した後の波形非対称性Ｅとウエハアライメント検出系８０に対するウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置Ｚとの関係を示す図である。

図１１を参照するに、波形非対称性Ｅ３は、フォーカス位置Ａにおいて０になっている。但し、実際のウエハアライメント検出系８０には、波形非対称性Ｅ３と波形非対称性Ｅ１との差であるコマ収差Ｃが残存している。波形非対称性Ｅ３がフォーカス位置Ａにおいて０になる理由は、光軸ずれによる波形非対称性とコマ収差による波形非対称性とが打ち消し合って（即ち、逆向きに働いて）いるためである。

一方、図９に示すフォーカス位置Ｂにおいて、ウエハアライメント検出系８０を構成する光学系のコマ収差を調整する場合を考える。フォーカス位置Ｂでは、ウエハアライメント検出系８０にコマ収差に加えて光軸ずれが存在しても（Ｅ２及びＥ３）、ウエハアライメント検出系８０にコマ収差のみが存在する場合（Ｅ１）と同じ波形非対称性となることが分かる。フォーカス位置Ｂにおいては、波形非対称性は、ウエハアライメント検出系８０における光軸ずれの影響を受けていない。換言すれば、フォーカス位置Ｂは、光軸ずれに対して鈍感な位置である。従って、フォーカス位置Ｂにおいて、検出波形が対称となるように光学部材８１０を光軸に垂直な方向に駆動して、ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差を調整すれば、光軸ずれの影響を受けずにコマ収差のみを高精度に調整することができる。

フォーカス位置Ｂのような波形非対称性が光軸ずれ（テレセン度）の影響を受けないフォーカス位置でウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差を調整した後の波形非対称性Ｅとウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置との関係を図１２に示す。なお、以下では、波形非対称性がウエハアライメント検出系８０における光軸ずれの影響を受けないフォーカス位置をコマ収差調整フォーカス位置と称する。

図１２において、Ｅ２ａは、図９に示す波形非対称性Ｅ２に対応し、ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差が完全に調整されてウエハアライメント検出系８０に光軸ずれのみが残存する場合の波形非対称性を示す。同様に、Ｅ３ａは、図９に示す波形非対称性Ｅ３に対応し、ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差が完全に調整されてウエハアライメント検出系８０に光軸ずれのみが残存する場合の波形非対称性を示す。

図１２に示す波形非対称性Ｅ２ａ及びＥ３ａの原因は、ウエハアライメント検出系８０にコマ収差が残存していないため、ウエハアライメント検出系８０を構成する光学系の光軸ずれである。ウエハアライメント検出系８０における光軸ずれは、波形非対称性が大きいフォーカス位置Ｄにおいて調整することが好ましい。フォーカス位置Ｄは、例えば、ウエハアライメントマーク４２を駆動（デフォーカス）させることで検出することができる。なお、ウエハアライメント検出系８０における光軸ずれは、上述したように、駆動部８１３又は駆動部８１４を介して、照明光源８０１又は開口絞り８０３を光軸に対して垂直な方向に駆動することで調整することができる。

また、ウエハアライメント検出系８０における光軸ずれは、駆動（デフォーカス）に対するウエハアライメントマーク４２の位置ずれ量を基準として調整してもよい。位置ずれ量を基準とする場合は、ウエハアライメントマーク４２をデフォーカスさせた際の各フォーカス位置でのウエハアライメントマーク４２の検出波形が、フォーカス位置に依存せずに一定になるように光軸ずれを調整する。ウエハアライメントマーク４２の位置ずれは、ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差と光軸ずれの両方を原因として発生する。但し、この場合はウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差を完全に調整しているため、ウエハアライメントマーク４２の位置ずれは、ウエハアライメント検出系８０における光軸ずれのみを原因として発生している。

図１３は、フォーカス位置Ｄでウエハアライメント検出系８０における光軸ずれを調整した後の波形非対称性Ｅとウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置との関係を示す図である。図１３を参照するに、波形非対称性の原因であるウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差及び光軸ずれが完全に調整されているため、ウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置に対して波形非対称性が発生していないことが分かる。

このように、コマ収差調整フォーカス位置でウエハアライメント検出系８０のコマ収差を調整することで、ウエハアライメント検出系８０に存在するコマ収差と光軸ずれの各々を分離して（独立して）高精度に調整することができる。

以下、図１４を参照して、ウエハアライメント検出系８０の具体的な調整方法（特に、コマ収差調整フォーカス位置の特定）について説明する。図１４は、本発明の一側面としてのウエハアライメント検出系８０の調整方法を説明するためのフローチャートである。

ウエハアライメント検出系８０のコマ収差調整フォーカス位置を特定するためには、互いに異なる２つの瞳位置（開口絞り８０３の位置）の各々について、アライメントマーク４２のフォーカス位置に対する波形非対称性Ｅを取得する必要がある。まず、ステップＳ１００２において、ウエハアライメント検出系８０を構成する光学系に１つの瞳位置を設定する（設定ステップ）。換言すれば、開口絞り８０３の位置を光軸に垂直な方向に駆動してウエハアライメント検出系８０に光軸ずれを発生させる。次いで、ステップＳ１００４において、ウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置を相対的に変化させながらウエハアライメントマーク４２の検出波形を検出する（検出ステップ）。具体的には、ウエハアライメントマーク４２を駆動（デフォーカス）させ、かかるフォーカス位置でウエハアライメントマーク４２を検出することを繰り返すことで、複数のフォーカス位置で図６（ｂ）に示すような検出波形を得ることができる。

次に、ステップＳ１００６において、ステップＳ１００４で検出された検出波形の非対称性を示す波形非対称性（評価値）を算出する（算出ステップ）。具体的には、図１０を参照して説明した波形非対称性の定義に従って波形非対称性を算出する。これにより、１つの瞳位置について、ウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置に対する波形非対称性を取得することができる。

次いで、ステップＳ１００８において、２つ以上の瞳位置について、ウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置に対する波形非対称性を取得したかどうかを判断する。２つ以上の瞳位置について、ウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置に対する波形非対称性を取得していない場合には、別の瞳位置での波形非対称性を取得するために、ステップＳ１００２に戻る。

一方、２つ以上の瞳位置について、ウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置に対する波形非対称性を取得している場合には、ステップＳ１０１０において、かかる波形非対称性に基づいて、コマ収差調整フォーカス位置を算出（特定）する（特定ステップ）。具体的には、２つ以上の瞳位置に対して、ステップＳ１００６で算出された波形非対称性が変化しないフォーカス位置、即ち、波形非対称性の交点（図９に示すようなフォーカス位置Ｂ）をコマ収差調整フォーカス位置と特定する。

次に、ステップＳ１０１２において、ステップＳ１０１０で特定したコマ収差調整フォーカス位置において、ウエハアライメント検出系８０のコマ収差を調整する（第１の調整ステップ）。具体的には、ウエハアライメントマーク４２をコマ収差調整フォーカス位置に移動させ、ステップＳ１００６で算出した波形非対称性が０となるように、光学部材８１０を光軸に垂直な方向に駆動してウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差を調整する。

次いで、ステップＳ１０１４において、ウエハアライメント検出系８０の光軸ずれを調整する（第２の調整ステップ）。具体的には、ウエハアライメントマーク４２をコマ収差調整フォーカス位置から波形非対称性が大きくなるフォーカス位置（例えば、図１２に示すフォーカス位置Ｄ）に移動させる。そして、かかるフォーカス位置において、波形非対称性が０となるように、照明光源８０１又は開口絞り８０３を光軸に垂直な方向に駆動してウエハアライメント検出系８０における光軸ずれを調整する。なお、ウエハアライメント検出系８０における光軸ずれは、上述したように、デフォーカスに対するウエハアライメントマーク４２の位置ずれ量を基準として調整してもよい。

このように、本実施形態のウエハアライメント検出系８０の調整方法によれば、ウエハアライメント検出系８０に存在するコマ収差及び光軸ずれを完全に（即ち、コマ収差及び光軸ずれがウエハアライメント検出系８０に存在しない状態に）調整することができる。

なお、本実施形態では、２つの瞳位置でアライメントマーク４２のフォーカス位置に対する波形非対称性を取得しているが、２つ以上の瞳位置でアライメントマーク４２のフォーカス位置に対する波形非対称性を取得してもよい。また、２つ以上の瞳位置で波形非対称性を取得する工程（即ち、ステップＳ１００２乃至Ｓ１００６）は、コマ収差調整フォーカス位置を特定する際に毎回実施する必要はない。例えば、図９に示すようなウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置に対する波形非対称性を取得した場合を考える。この場合、同じ照明条件及び同じウエハ上のウエハアライメントマークであれば、ベストフォーカス位置とコマ収差調整フォーカス位置との差分量を取得しておくことで、ウエハアライメントマークをコマ収差調整フォーカス位置に容易に移動させることができる。なお、ベストフォーカス位置とは、検出波形のコントラストが最大となる位置である。

図１５は、ある照明条件でウエハアライメントマーク４２を照明した場合の波形非対称性Ｅとウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置Ｚとの関係を示す図である。図１５において、フォーカス位置Ｆは、ベストフォーカス位置を示している。ウエハアライメントマーク４２をコマ収差調整フォーカス位置であるフォーカス位置Ｂに移動させるためには、まず、フォーカス位置（ベストフォーカス位置）Ｆを求め、かかるフォーカス位置Ｆとフォーカス位置Ｂとの差分量Ｇを取得する。そして、ウエハアライメントマーク４２をフォーカス位置Ｆに移動させた後、差分量Ｇだけウエハアライメントマーク４２を移動させる。これにより、ウエハアライメントマーク４２をコマ収差調整フォーカス位置であるフォーカス位置Ｂに移動させることができる。このように、ベストフォーカス位置とコマ収差調整フォーカス位置との関係を取得すれば、２回目以降のウエハアライメント検出系８０の調整時に、ウエハアライメントマーク４２をコマ収差調整フォーカス位置に簡単、且つ、短時間に移動させることができる。なお、ウエハアライメントマーク４２をベストフォーカス位置からコマ収差調整フォーカス位置に移動させてコマ収差を調整する調整方法は、ウエハアライメント検出系８０を組み立てる際にも、露光装置に搭載した後にも用いることできる。

また、本実施形態では、λ／４の段差ＤＬを有するウエハアライメントマーク４２を用いてウエハアライメント検出系８０の調整方法を説明したが、かかる調整方法は、λ／４の段差ＤＬを有するウエハアライメントマーク４２に限定されるものではない。波形非対称性が光軸ずれの影響を受けないコマ収差調整フォーカス位置が存在するのであれば、どのようなウエハを用いてもよいし、レジストウエハやプロセスウエハを用いてもよい。但し、コマ収差を高精度に調整するためには、コマ収差に対して敏感度の高いウエハを用いることが好ましい。

図１６は、検出波形の内側の上角部（図６（ｂ）に示す検出波形の内側の上角部ＷＵ_１）におけるコマ収差調整フォーカス位置の波形非対称性Ｅとウエハアライメントマーク４２の段差量との関係を示す図である。図１６では、縦軸に波形非対称性Ｅを、横軸にウエハアライメントマーク４２の段差量を採用する。図１６を参照するに、ウエハアライメントマーク４２の段差量がλ／４近傍である場合に、波形非対称性Ｅが最も大きくなっていることが分かる。

図１７は、検出波形の外側の上角部（図６（ｂ）に示す検出波形の外側の上角部ＷＵ_２）におけるコマ収差調整フォーカス位置の波形非対称性Ｅとウエハアライメントマーク４２の段差量との関係を示す図である。図１７では、縦軸に波形非対称性Ｅを、横軸にウエハアライメントマーク４２の段差量を採用する。図１７を参照するに、ウエハアライメントマーク４２の段差量がλ／４近傍である場合に、波形非対称性Ｅが最も大きくなっていることが分かる。

このように、ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差を調整する際には、検出波形の内側の上角部や外側の上角部に関わらず、λ／４近傍の段差ＤＬを有するアライメントマーク４２がコマ収差に対して最も高い敏感度を有する。従って、λ／４近傍の段差ＤＬを有するアライメントマーク４２を用いることでウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差を高精度に調整することが可能となる。なお、図１６及び図１７に示すウエハアライメントマーク４２の段差量に対する波形非対称性Ｅの関係は周期的に変化するため、λ／４の奇数倍の段差ＤＬを有するアライメントマーク４２を用いてもコマ収差を高精度に調整することができる。

また、本実施形態では、照明σ値０．４でウエハアライメントマーク４２を照明（検出）した場合の検出波形を用いてウエハアライメント検出系８０の調整方法を説明した。但し、図６（ｂ）に示す検出波形のように、上角部ＷＵ_１及びＷＵ_２を生じる検出波形を得ることができれば、どのような照明σ値でウエハアライメントマーク４２を照明（検出）してもよい。

図１８は、３つの照明σ値でλ／４の段差ＤＬを有するウエハアライメントマーク４２を照明（検出）して得られた検出波形の内側の上角部における波形非対称性とウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置Ｚとの関係を示す図である。図１８（ａ）は照明σ値０．３の場合、図１８（ｂ）は照明σ値０．４の場合、図１８（ｃ）は照明σ値０．６の場合を示している。

図１８において、Ｅ１は、ウエハアライメント検出系８０に光軸ずれが存在せず、コマ収差のみが存在する場合の波形非対称性を示す。Ｅ２は、ウエハアライメント検出系８０に光軸ずれが存在し、且つ、Ｅ１と同等量のコマ収差が存在する場合の波形非対称性を示す。Ｅ３は、ウエハアライメント検出系８０にＥ２と同じ絶対値量で逆向きの光軸ずれが存在し、且つ、Ｅ１と同等量のコマ収差が存在する場合の波形非対称性を示す。

図１８（ａ）乃至図１８（ｃ）の縦軸のスケールは一致させており、照明σ値を変えることで波形非対称性Ｅが異なっているが、各照明σ値において、コマ収差調整フォーカス位置が存在することが分かる。

また、コマ収差及び光軸ずれが存在しない（理想状態）ウエハアライメント検出系８０が各照明σ値（０．３、０．４、０．６）でウエハアライメントマーク４２を照明（検出）した場合の検出波形を図１９に示す。図１９（ａ）は照明σ値０．３の場合、図１９（ｂ）は照明σ値０．４の場合、図１９（ｃ）は照明σ値０．６の場合を示している。

図１８及び図１９を参照するに、図６（ｂ）に示すような上角部ＷＵ_１及びＷＵ_２を生じる検出波形であれば、どのような照明σ値でもコマ収差調整フォーカス位置が存在し、かかるコマ収差調整フォーカス位置においてコマ収差を高精度に調整することができる。

また、図２０に示すように、シリコン面にレジストで段差ＤＬを形成したレジストウエハＲＷを用いる場合を考える。ウエハアライメント検出系８０が照明σ値０．４でレジストウエハＲＷを照明（検出）して得られた検出波形の内側の上角部における波形非対称性とレジストウエハＲＷのフォーカス位置Ｚとの関係を図２１に示す。また、コマ収差及び光軸ずれが存在しない（理想状態）ウエハアライメント検出系８０が照明σ値０．４でレジストウエハＲＷを照明（検出）した場合の検出波形を図２２に示す。

図２１において、Ｅ１は、ウエハアライメント検出系８０に光軸ずれが存在せず、コマ収差のみが存在する場合の波形非対称性を示す。Ｅ２は、ウエハアライメント検出系８０に光軸ずれが存在し、且つ、Ｅ１と同等量のコマ収差が存在する場合の波形非対称性を示す。Ｅ３は、ウエハアライメント検出系８０にＥ２と同じ絶対値量で逆向きの光軸ずれが存在し、且つ、Ｅ１と同等量のコマ収差が存在する場合の波形非対称性を示す。

図２１を参照するに、コマ収差調整フォーカス位置が存在することが分かる。従って、本実施形態のウエハアライメント検出系８０の調整方法においては、図６（ｂ）に示すような上角部ＷＵ_１及びＷＵ_２を生じる検出波形を得ることができれば、図２０に示すようなレジストウエハＲＷやプロセスウエハを用いてもよい。

また、本実施形態では、図６（ｂ）に示す検出波形の上角部ＷＵ_１及びＷＵ_２における波形非対称性を用いてウエハアライメント検出系８０の調整方法を説明したが、図６（ｂ）に示す検出波形の下角部ＷＤ１における波形非対称性を用いてもよい。

図２３は、検出波形の下角部（図６（ｂ）に示す検出波形の下角部ＷＤ_１）における波形非対称性Ｅとウエハアライメント検出系８０に対するウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置Ｚとの関係を示す図である。なお、図２３は、アライメント検出系８０が照明σ値０．４でλ／８の段差ＤＬを有するアライメントマーク４２（図５参照）を照明（検出）した場合を示している。

図２３において、Ｅ１１は、ウエハアライメント検出系８０に光軸ずれが存在せず、コマ収差のみが存在する場合の波形非対称性を示す。Ｅ２１は、ウエハアライメント検出系８０に光軸ずれが存在し、且つ、Ｅ１１と同等量のコマ収差が存在する場合の波形非対称性を示す。Ｅ３１は、ウエハアライメント検出系８０にＥ２１と同じ絶対値量で逆向きの光軸ずれが存在し、且つ、Ｅ１１と同等量のコマ収差が存在する場合の波形非対称性を示す。

図２３を参照するに、波形非対称性Ｅがウエハアライメント検出系８０における光軸ずれの影響を受けないフォーカス位置（コマ収差調整フォーカス位置）Ｂが存在することが分かる。従って、図２３に示すような検出波形の下角部における波形非対称性を用いてもコマ収差調整フォーカス位置を特定することができる。

更に、本実施形態のウエハアライメント検出系８０の調整方法（即ち、コマ収差調整フォーカス位置におけるコマ収差の調整）は、ウエハアライメント検出系８０を組み立てる際にも、露光装置に搭載した後にも用いることできる。ウエハアライメント検出系８０を露光装置に搭載した後にコマ収差を調整する場合には、制御部９０が、波形非対称性に基づいて、駆動部８１５を介して光学部材８１０を自動的に駆動すればよい。ウエハアライメント検出系８０を露光装置に搭載した後に光軸ずれを調整する場合には、制御部９０が、波形非対称性に基づいて、駆動部８１３又は８１４を介して照明光源８０１又は開口絞り８０３を自動的に駆動すればよい。なお、ウエハアライメント検出系８０を露光装置に搭載した場合には、露光装置の定期メンテナンス時や露光装置に不具合が発生した時にウエハアライメント検出系８０の調整を実施することが好ましい。

これまでは、波形非対称性がウエハアライメント検出系８０における光軸ずれの影響を受けないフォーカス位置（コマ収差調整フォーカス位置）でコマ収差を調整した後に光軸ずれを調整する調整方法について説明した。但し、波形非対称性がウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差の影響を受けないフォーカス位置で光軸ずれを調整した後にコマ収差を調整することも可能である。

検出波形の非対称性がアライメント検出系８０を構成する光学系のコマ収差の影響を受けないフォーカス位置において光軸ずれを調整する調整方法について説明する。図２４は、λ／８の段差ＤＬを有するウエハアライメントマーク４２（図５参照）を照明σ値０．９で照明（検出）した場合に得られる検出波形の一例を示す図である。なお、図２４（ａ）は、ウエハアライメント検出系８０にコマ収差及び光軸ずれが存在しない場合に得られる検出波形、図２４（ｂ）は、ウエハアライメント検出系８０にコマ収差や光軸ずれが存在する場合に得られる検出波形である。

図２５は、図２４に示す検出波形の波形非対称性Ｅとウエハアライメント検出系８０に対するウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置Ｚとの関係を示す図である。図２５では、縦軸に波形非対称性Ｅを、横軸にフォーカス位置Ｚを採用する。なお、波形非対称性Ｅは、例えば、図２４（ｂ）に示す検出波形において、左の下角部の強度をＩｅ、右の下角部の強度をＩｄ、ベースラインの強度をＩｆとすると、（Ｉｅ−Ｉｄ）／Ｉｆ［％］で定義される。

図２５において、Ｅ４は、ウエハアライメント検出系８０にコマ収差が存在せず、光軸ずれのみが存在する場合の波形非対称性を示す。Ｅ５は、ウエハアライメント検出系８０にコマ収差が存在し、且つ、Ｅ４と同等量の光軸ずれが存在する場合の波形非対称性を示す。Ｅ６は、ウエハアライメント検出系８０にＥ５の２倍のコマ収差が存在し、且つ、Ｅ４と同等量の光軸ずれが存在する場合の波形非対称性を示す。

図２５を参照するに、フォーカス位置Ｈでは、ウエハアライメント検出系８０に光軸ずれに加えてコマ収差が存在しても（Ｅ５及びＥ６）、ウエハアライメント検出系８０に光軸ずれのみが存在する場合（Ｅ４）と同じ波形非対称性となることが分かる。フォーカス位置Ｈにおいては、波形非対称性は、ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差の影響を受けていない。換言すれば、フォーカス位置Ｈは、コマ収差に対して鈍感な位置である。従って、フォーカス位置Ｈにおいて、検出波形が対称となるように照明光源８０１又は開口絞り８０３を光軸に垂直な方向に駆動すれば、ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差の影響を受けずに光軸ずれのみを高精度に調整することができる。

フォーカス位置Ｈのような波形非対称性がコマ収差の影響を受けないフォーカス位置でウエハアライメント検出系８０における光軸ずれを調整した後の波形非対称性Ｅとウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置との関係を図２６に示す。なお、以下では、波形非対称性がウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差の影響を受けない位置を光軸ずれ調整フォーカス位置と称する。

図２６において、Ｅ５ａは、図２５に示す波形非対称性Ｅ５に対応し、ウエハアライメント検出系８０における光軸ずれが完全に調整されてウエハアライメント検出系８０にコマ収差のみが残存する場合の波形非対称性を示す。同様に、Ｅ６ａは、図２５に示す波形非対称性Ｅ６に対応し、ウエハアライメント検出系８０における光軸ずれが完全に調整されてウエハアライメント検出系８０にコマ収差（Ｅ５ａの２倍）のみが残存する場合の波形非対称性を示す。

図２６に示す波形非対称性Ｅ５ａ及びＥ６ａの原因は、ウエハアライメント検出系８０に光軸ずれが残存していないため、ウエハアライメント検出系８０を構成する光学系のコマ収差である。ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差は、波形非対称性が大きいフォーカス位置Ｉにおいて調整することが好ましい。フォーカス位置Ｉは、例えば、ウエハアライメントマーク４２を駆動（デフォーカス）させることで検出することができる。なお、ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差は、上述したように、駆動部８１５を介して光学部材８１０を光軸に対して垂直な方向に駆動することで調整することができる。

また、ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差は、駆動（フォーカス）に対するウエハアライメントマーク４２の位置ずれ量を基準として調整してもよい。位置ずれ量を基準とする場合は、ウエハアライメントマーク４２をデフォーカスさせた際の各フォーカス位置でのウエハアライメントマーク４２の検出波形が、フォーカス位置に依存せずに一定になるようにコマ収差を調整する。ウエハアライメントマーク４２の位置ずれは、ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差と光軸ずれの両方を原因として発生する。但し、この場合はウエハアライメント検出系８０における光軸ずれを完全に調整しているため、ウエハアライメントマーク４２の位置ずれは、ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差のみを原因として発生する。

フォーカス位置Ｉでウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差を調整した後の波形非対称性Ｅとウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置との関係は、図１３に示した関係と同様である。波形非対称性の原因であるウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差及び光軸ずれが完全に調整されているため、ウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置に対して波形非対称性は発生しない。

このように、光軸ずれ調整フォーカス位置でウエハアライメント検出系８０の光軸ずれを調整することで、ウエハアライメント光学系８０に存在するコマ収差と光軸ずれの各々を分離して(独立して)高精度に調整することができる。

以下、図２７を参照して、ウエハアライメント検出系８０の具体的な調整方法（特に、光軸ずれ調整フォーカス位置の特定）について説明する。図２７は、本発明の一側面としてのウエハアライメント検出系８０の調整方法を説明するためのフローチャートである。

ウエハアライメント検出系８０の光軸ずれ調整フォーカス位置を特定するためには、互いに異なる２つの光学部材８１０の位置について、アライメントマーク４２のフォーカス位置に対する波形非対称性Ｅを取得する必要がある。まず、ステップＳ１１０２において、ウエハアライメント検出系８０における光学部材８１０の位置を設定する（設定ステップ）。換言すれば、光学部材８１０を光軸に垂直な方向に駆動してウエハアライメント検出系８０にコマ収差を発生させる。次いで、ステップＳ１１０４において、ウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置を変化させながらウエハアライメントマーク４２の検出波形を検出する（検出ステップ）。具体的には、ウエハアライメントマーク４２を駆動（デフォーカス）させ、かかるフォーカス位置でウエハアライメントマーク４２を検出することを繰り返すことで、複数のフォーカス位置で図２４に示すような検出波形を得ることができる。

次に、ステップＳ１１０６において、ステップＳ１１０４で検出された検出波形の非対称性を示す波形非対称性（評価値）を算出する（算出ステップ）。具体的には、図２４を参照して説明した波形非対称性の定義に従って波形非対称性を算出する。これにより、１つの光学部材８１０の位置について、ウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置に対する波形非対称性を取得することができる。

次いで、ステップＳ１１０８において、２つ以上の光学部材８１０の位置について、ウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置に対する波形非対称性を取得したかどうかを判断する。２つ以上の光学部材８１０の位置について、ウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置に対する波形非対称性を取得していない場合には、別の光学部材８１０の位置での波形非対称性を取得するために、ステップＳ１１０２に戻る。

一方、２つ以上の光学部材８１０の位置について、ウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置に対する波形非対称性を取得している場合には、ステップＳ１１１０に進む。ステップＳ１１１０では、ステップＳ１１０４で算出された波形非対称性に基づいて、光軸ずれ調整フォーカス位置を算出（特定）する（特定ステップ）。具体的には、２つ以上の光学部材８１０の位置に対して、ステップＳ１１０６で算出された波形非対称性が変化しないフォーカス位置、即ち、波形非対称性の交点（図２５に示すようなフォーカス位置Ｈ）を光軸ずれ調整フォーカス位置と特定する。

次に、ステップＳ１１１２において、ステップＳ１１１０で特定した光軸ずれ調整フォーカス位置において、ウエハアライメント検出系８０の光軸ずれを調整する（第１の調整ステップ）。具体的には、ウエハアライメントマーク４２を光軸ずれ調整フォーカス位置に移動させ、ステップＳ１１０６で算出した波形非対称性が０となるように、照明光源８０１又は開口絞り８０３を光軸に垂直な方向に駆動して光軸ずれを調整する。

次いで、ステップＳ１１１４において、ウエハアライメント検出系８０のコマ収差を調整する（第２の調整ステップ）。具体的には、ウエハアライメントマーク４２を光軸ずれ調整フォーカス位置から波形非対称性が大きくなるフォーカス位置（例えば、図２６に示すフォーカス位置Ｉ）に移動させる。そして、かかるフォーカス位置において、波形非対称性が０となるように、光学部材８１０を光軸に垂直な方向に駆動してウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差を調整する。なお、ウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差は、上述したように、デフォーカスに対するウエハアライメントマーク４２の位置ずれ量を基準として調整してもよい。

このように、本実施形態のウエハアライメント検出系８０の調整方法によれば、ウエハアライメント検出系８０に存在するコマ収差及び光軸ずれを完全に（即ち、コマ収差及び光軸ずれがウエハアライメント検出系８０に存在しない状態に）調整することができる。

なお、本実施形態では、２つの光学部材８１０の位置でアライメントマーク４２のフォーカス位置に対する波形非対称性を取得しているが、２つ以上の光学部材８１０の位置でアライメントマーク４２のフォーカス位置に対する波形非対称性を取得してもよい。また、２つ以上の光学部材８１０の位置で波形非対称性を取得する工程（即ち、ステップＳ１１０２乃至Ｓ１１０６）は、光軸ずれ調整フォーカス位置を特定する際に毎回実施する必要はない。例えば、図２５に示すようなウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置に対する波形非対称性を取得した場合を考える。この場合、同じ照明条件及び同じウエハ上のウエハアライメントマークであれば、ベストフォーカス位置と光軸ずれ調整フォーカス位置との差分量を取得しておくことで、ウエハアライメントマーク４２を光軸ずれ調整フォーカス位置に容易に移動させることができる。

図２８は、ある照明条件でウエハアライメントマーク４２を照明した場合の波形非対称性Ｅとウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置Ｚとの関係を示す図である。図２８において、フォーカス位置Ｊは、ベストフォーカス位置を示している。ウエハアライメントマーク４２を光軸ずれ調整フォーカス位置であるフォーカス位置Ｈに移動させるためには、まず、フォーカス位置（ベストフォーカス位置）Ｊを求め、かかるフォーカス位置Ｊとフォーカス位置Ｈとの差分量Ｋを取得する。そして、ウエハアライメントマーク４２をフォーカス位置Ｊに移動させた後、差分量Ｋだけウエハアライメントマーク４２を移動させる。これにより、ウエハアライメントマーク４２を光軸ずれ調整フォーカス位置であるフォーカス位置Ｈに移動させることができる。このように、ベストフォーカス位置と光軸ずれ調整フォーカス位置との関係を取得すれば、２回目以降のウエハアライメント検出系８０の調整時に、ウエハアライメントマーク４２を光軸ずれ調整フォーカス位置に簡単、且つ、短時間に移動させることができる。なお、ウエハアライメントマーク４２をベストフォーカス位置から光軸ずれ調整フォーカス位置に移動させて光軸ずれを調整する調整方法は、ウエハアライメント検出系８０を組み立てる際にも、露光装置に搭載した後にも用いることができる。

また、本実施形態では、λ／８の段差ＤＬを有するウエハアライメントマーク４２を用いてウエハアライメント検出系８０の調整方法を説明したが、かかる調整方法は、λ／８の段差ＤＬを有するウエハアライメントマーク４２に限定されるものではない。波形非対称性がコマ収差の影響を受けない光軸ずれフォーカス位置が存在するのであれば、どのようなウエハを用いてもよいし、レジストウエハやプロセスウエハを用いてもよい。但し、光軸ずれを高精度に調整するためには、光軸ずれに対して敏感度の高いウエハを用いることが好ましい。

図２９は、検出波形の下角部（図２４（ａ）に示す下角部ＷＵ_２）における光軸ずれ調整フォーカス位置の波形非対称性Ｅとウエハアライメントマーク４２の段差量との関係を示す図である。図２９では、縦軸に波形非対称性Ｅを、横軸にウエハアライメントマーク４２の段差量を採用する。図２９を参照するに、ウエハアライメントマーク４２の段差量がλ／８近傍である場合に、波形非対称性Ｅが最も大きくなっていることが分かる。

このように、ウエハアライメント検出系８０における光軸ずれを調整する際には、検出波形の下角部において、λ／８近傍の段差ＤＬを有するアライメントマーク４２が光軸ずれに対して最も高い敏感度を有する。従って、λ／８近傍の段差ＤＬを有するアライメントマーク４２を用いることでウエハアライメント検出系８０における光軸ずれを高精度に調整することが可能となる。なお、図２９に示すウエハアライメントマーク４２の段差量に対する波形非対称性Ｅの関係は周期的に変化するため、λ／８の奇数倍の段差ＤＬを有するアライメントマーク４２を用いても光軸ずれを高精度に調整することができる。

また、本実施形態では、照明σ値０．９でウエハアライメントマーク４２を照明（検出）した場合の検出波形を用いてウエハアライメント検出系８０の調整方法を説明した。但し、図２４（ａ）に示す検出波形のように、下角部ＷＵ_２を生じる検出波形を得ることができれば、どのような照明σ値でウエハアライメントマーク４２を照明（検出）してもよい。

図３０は、３つの照明σ値でλ／８の段差ＤＬを有するウエハアライメントマーク４２を照明（検出）して得られた検出波形の下角部における波形非対称性Ｅとウエハアライメントマーク４２のフォーカス位置Ｚとの関係を示す図である。図３０（ａ）は照明σ値０．９の場合、図３０（ｂ）は照明σ値０．６の場合、図３０（ｃ）は照明σ値０．４の場合を示している。

図３０において、Ｅ４は、ウエハアライメント検出系８０にコマ収差が存在せず、光軸ずれのみが存在する場合の波形非対称性を示す。Ｅ５は、ウエハアライメント検出系８０にコマ収差が存在し、且つ、Ｅ４と同等量の光軸ずれが存在する場合の波形非対称性を示す。Ｅ６は、ウエハアライメント検出系８０にＥ５の２倍のコマ収差が存在し、且つ、Ｅ４と同等量の光軸ずれが存在する場合の波形非対称性を示す。

図３０（ａ）乃至図３０（ｃ）の縦軸のスケールは一致させており、照明σ値を変えることで波形非対称性Ｅが異なっているが、各照明σ値において、光軸ずれ調整フォーカス位置が存在することが分かる。

また、光軸ずれ及びコマ収差が存在しない（理想状態）ウエハアライメント検出系８０が各照明σ値（０．９、０．６、０．４）でウエハアライメントマーク４２を照明（検出）した場合の検出波形を図３１に示す。図３１（ａ）は照明σ値０．９の場合、図３１（ｂ）は照明σ値０．６の場合、図３１（ｃ）は照明σ値０．４の場合を示している。

図３０及び図３１を参照するに、図２４（ａ）に示すような下角部ＷＵ_２を生じる検出波形であれば、どのような照明σ値でも光軸ずれ調整フォーカス位置が存在し、かかる光軸ずれ調整フォーカス位置において光軸ずれを高精度に調整することができる。

また、図２０に示したように、シリコン面にレジストで段差ＤＬを形成したレジストウエハＲＷを用いる場合を考える。ウエハアライメント検出系８０が照明σ値０．９でレジストウエハＲＷを照明（検出）して得られた検出波形の下角部における波形非対称性とレジストウエハＲＷのフォーカス位置Ｚとの関係を図３２に示す。また、光軸ずれ及びコマ収差が存在しない（理想状態）ウエハアライメント検出系８０が照明σ値０．９でレジストウエハＲＷを照明（検出）した場合の検出波形を図３３に示す。

図３２において、Ｅ４は、ウエハアライメント検出系８０にコマ収差が存在せず、光軸ずれのみが存在する場合の波形非対称性を示す。Ｅ５は、ウエハアライメント検出系８０にコマ収差が存在し、且つ、Ｅ４と同等量の光軸ずれが存在する場合の波形非対称性を示す。Ｅ６は、ウエハアライメント検出系８０にＥ５の２倍のコマ収差が存在し、且つ、Ｅ４と同等量の光軸ずれが存在する場合の波形非対称性を示す。

図３２を参照するに、光軸ずれ調整フォーカス位置が存在することが分かる。従って、本実施形態のウエハアライメント検出系８０の調整方法においては、図２４（ａ）に示すような下角部ＷＵ_２を生じる検出波形を得ることができれば、図２０に示すようなレジストウエハＲＷやプロセスウエハを用いていもよい。

また、本実施形態のウエハアライメント検出系８０の調整方法（即ち、光軸ずれ調整フォーカス位置におけるコマ収差の調整）は、ウエハアライメント検出系８０を組み立てる際にも、露光装置に搭載した後にも用いることできる。

なお、上述した本実施形態の調整方法は、ウエハアライメント検出系８０と同様に、レチクルアライメント検出系７０（又は７５）や投影光学系３０に対しても適用することができる。

以下、本実施形態の調整方法をレチクルアライメント検出系７０や投影光学系３０に対して適用した場合について説明する。なお、投影光学系３０におけるコマ収差を高精度に調整するためには、後述するように、レチクルアライメント検出系７０におけるコマ収差及び光軸ずれを調整した後に、投影光学系３０を調整することが必須となる。

レチクルアライメント検出系７０の調整方法について説明する。レチクルアライメント検出系７０から射出された露光光と同一波長の光束は、レチクル２０上の図示しないレチクルアライメント検出系用の調整マークを照明する。かかるレチクルアライメント検出系用の調整マークからの反射光、回折光及び散乱光は、レチクルアライメント検出系７０の光電変換素子によって検出される。これにより、図６に示したような検出波形を得ることができる。

ここで、図９に示したような、検出波形の波形非対称性とレチクルアライメント検出系用の調整マークのフォーカス位置との関係を得るために、レチクルステージ２５をＺ軸方向に駆動させて調整マークをデフォーカスさせる。なお、２つ以上の瞳位置について、検出波形の波形非対称性と調整マークのフォーカス位置との関係を取得する。また、レチクルステージ２５を駆動させることでレチクル２０上の調整マークをデフォーカスさせるのではなく、レチクルステージ２５を固定してレチクルアライメント検出系７０をＺ軸方向に駆動させることで調整マークをデフォーカスさせてもよい。

検出波形の波形非対称性とレチクルアライメント検出系用の調整マークのフォーカス位置との関係を得たら、波形非対称性がレチクルアライメント検出系７０における光軸ずれの影響を受けないコマ収差調整フォーカス位置に調整マークを移動させる。そして、かかるコマ収差調整フォーカス位置において、レチクルアライメント検出系７０におけるコマ収差を調整する。具体的には、レチクルアライメント検出系７０が有するコマ収差を調整するための光学部材を光軸に対して垂直な方向に駆動し、波形非対称性が０になるように調整すればよい。

レチクルアライメント検出系７０におけるコマ収差を調整したら、調整マークをコマ収差調整フォーカス位置からデフォーカスさせ、波形非対称性に基づいて、レチクルアライメント検出系７０における光軸ずれを調整する。具体的には、レチクルアライメント検出系７０を構成する光学系の瞳面（物体面に対する光学的なフーリエ変換面）に位置する開口絞り又は光源を光軸に対して垂直な方向に駆動し、波形非対称性が０になるように調整すればよい。

このようにして、レチクルアライメント検出系７０におけるコマ収差と光軸ずれの各々を独立（分離）して高精度に調整することができる。また、レチクルアライメント検出系７０における光軸ずれの調整は、波形非対称性に基づいて実施してもよいし、デフォーカスに対する調整マークの位置ずれ量を基準として実施してもよい。位置ずれ量を基準とする場合は、調整マークをデフォーカスさせた際の各フォーカス位置での調整マークの検出波形が、フォーカス位置に依存せずに一定になるように光軸ずれを調整する。

なお、上述の説明では、コマ収差調整フォーカス位置において投影光学系３０におけるコマ収差を調整した後に、レチクルアライメント検出系７０における光軸ずれを調整した。但し、波形非対称性がレチクルアライメント検出系７０における光軸ずれの影響を受けない光軸ずれ調整フォーカス位置において光軸ずれを調整した後に、レチクルアライメント検出系７０におけるコマ収差を調整してもよい。

レチクルアライメント検出系７０におけるコマ収差及び光軸ずれが高精度に調整されると、レチクルアライメント検出系７０の光源を用いて投影光学系３０のコマ収差を高精度に調整することが可能となる。

投影光学系３０の調整方法について説明する。コマ収差及び光軸ずれが完全に調整されたレチクルアライメント検出系７０から射出された露光光と同一波長の光束は、レチクル２０及び投影光学系３０を通過して、ステージ基準プレート５０上の図示しない投影光学系用の調整マークを照明する。かかる投影光学系用の調整マークからの反射光、回折光及び散乱光は、レチクルアライメント検出系７０の光電変換素子によって検出される。これにより、図６に示したような検出波形を得ることができる。なお、得られた検出波形が非対称な検出波形であるとすると、かかる検出波形の波形非対称性は、レチクルアライメント検出系７０におけるコマ収差及び光軸ずれが完全に調整されているため、投影光学系３０のコマ収差又は光軸ずれを原因として発生している。

ここで、図９に示したような、検出波形の波形非対称性と投影光学系用の調整マークのフォーカス位置との関係を得るために、ウエハステージ４５をＺ軸方向に駆動させて調整マークをデフォーカスさせる。なお、２つ以上の瞳位置について、検出波形の波形非対称性と調整マークのフォーカス位置との関係を取得する。また、ウエハステージ４５を駆動させることでステージ基準プレート５０上の調整マークをデフォーカスさせるのではなく、ウエハステージ４５を固定してレチクルアライメント検出系７０をＺ軸方向に駆動させることで調整マークをデフォーカスさせてもよい。

検出波形の波形非対称性と投影光学系用の調整マークのフォーカス位置との関係を得たら、波形非対称性が投影光学系３０の光軸ずれの影響を受けないコマ収差調整フォーカス位置に調整マークを移動させる。そして、かかるコマ収差調整フォーカス位置において、投影光学系３０のコマ収差を調整する。具体的には、投影光学系３０が有するコマ収差を調整するための光学部材を光軸に対して垂直な方向に駆動し、波形非対称性が０になるように調整すればよい。

投影光学系３０におけるコマ収差を調整したら、調整マークをコマ収差調整フォーカス位置からデフォーカスさせ、波形非対称性に基づいて、投影光学系３０の光軸ずれを調整する。投影光学系３０の光軸ずれの調整においては、投影光学系３０の光学部材を駆動するのではなく、投影光学系３０の瞳面（物体面に対する光学的なフーリエ変換面）と共役な位置に存在するレチクルアライメント検出系７０の開口絞り又は光源を駆動する。換言すれば、レチクルアライメント検出系７０の開口絞り又は光源を光軸に対して垂直な方向に駆動して、レチクルアライメント検出系７０と投影光学系３０との全系での光軸ずれが０になるように調整する。

このようにして、投影光学系３０におけるコマ収差とレチクルアライメント検出系７０と投影光学系３０との全系における光軸ずれの各々を独立（分離）して高精度に調整することができる。また、レチクルアライメント検出系７０と投影光学系３０との全系における光軸ずれの調整は、波形非対称性に基づいて実施してもよいし、デフォーカスに対する調整マークの位置ずれ量を基準として実施してもよい。

なお、上述の説明では、コマ収差調整フォーカス位置において投影光学系３０におけるコマ収差を調整した後に、レチクルアライメント検出系７０と投影光学系３０との全系における光軸ずれを調整した。但し、波形非対称性が投影光学系３０における光軸ずれの影響を受けない光軸ずれ調整フォーカス位置において光軸ずれを調整した後に、投影光学系３０におけるコマ収差を調整してもよい。

上述したように、投影光学系３０を高精度に調整する場合には、コマ収差及び光軸ずれが完全に調整されたレチクルアライメント検出系７０からの光束を用いて投影光学系３０を調整する必要がある。コマ収差及び光軸ずれが完全に調整されていないレチクルアライメント検出系７０からの光束で投影光学系３０を調整すると、検出波形の波形非対称性の原因が投影光学系３０であるのか、レチクルアライメント検出系７０であるのか判断することができない。従って、投影光学系３０のコマ収差を高精度に調整することができなくなってしまう。

なお、上述したレチクルアライメント検出系７０や投影光学系３０の調整方法は、レチクルアライメント検出系７０や投影光学系３０を組み立てる際にも、露光装置に搭載した後にも用いることできる。

本実施形態の調整方法によれば、レチクルアライメント検出系７０やウエハアライメント検出系８０などの位置検出装置において、光学系に存在するコマ収差と光軸ずれの各々を独立（分離）して高精度に調整することができる。従って、本実施形態で調整されたレチクルアライメント検出系７０やウエハアライメント検出系８０を用いれば、様々な条件のウエハプロセスに対して検出誤差を低減させ、レチクル２０とウエハ４０とを精度よくアライメントすることができる。その結果、露光装置１は、高い重ね合わせ精度で露光を行うことができる。

露光装置１の動作において、まず、レチクルアライメント検出系７０及びウエハアライメント検出系８０を調整する。レチクルアライメント検出系７０及びウエハアライメント検出系８０は、上述したように、本実施形態の調整方法を用いて、レチクルアライメント検出系７０及びウエハアライメント検出系８０におけるコマ収差及び光軸ずれが高精度に（完全に）調整される。なお、この際、コマ収差及び光軸ずれが高精度に調整されたレチクルアライメント検出系７０を用いて投影光学系３０のコマ収差を調整してもよい。

次いで、コマ収差及び光軸ずれが高精度に調整されたレチクルアライメント検出系７０及びウエハアライメント検出系８０を用いて、レチクル２０とウエハ４０との位置合わせ（アライメント）を行う。この際、レチクルアライメント検出系７０及びウエハアライメント検出系８０にはコマ収差や光軸ずれが存在していないため、レチクル２０とウエハ４０とは高い精度で位置合わせされる。

次いで、レチクル２０のパターンをウエハ４０に露光する。光源１２から発せられた光束は、照明光学系１４によってレチクル２０を照明する。レチクル２０のパターンを反映する光は、投影光学系３０によってウエハ４０上に結像する。この際、レチクル２０とウエハ４０とは、高精度に位置合わせされているため、高い重ね合わせ精度でレチクル２０のパターンをウエハ４０に露光することができる。また、投影光学系３０も高精度に調整されており、優れた結像性能を達成する。従って、露光装置１は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。

次に、図３４及び図３５を参照して、露光装置１を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図３４は、デバイス（半導体デバイスや液晶デバイス）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体デバイスの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ３（ウエハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は、前工程と呼ばれ、レチクルとウエハを用いてリソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

図３５は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１によってレチクルの回路パターンをウエハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウエハ上に多重の回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置１を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略ブロック図である。 図１に示す露光装置のウエハステージ上に配置されるステージ基準プレートの構成を示す図である。 図１に示す露光装置のウエハアライメント検出系の具体的な構成を示す概略断面図である。 図１に示す露光装置のウエハアライメント検出系において、照明光源でのビーム径と開口絞りでのビーム径との関係を示す図である。 ウエハアライメントマークの一例を示す概略断面図である。 図５に示すウエハアライメントマークをウエハアライメント検出系が検出した場合の検出波形の一例を示す図であって、図６（ａ）は非対称な検出波形を示す図であり、図６（ｂ）は対称な検出波形を示す図である。 図３に示すウエハアライメント検出系に光軸ずれが存在しない場合の例を示す図である。 図３に示すウエハアライメント検出系に光軸ずれが存在する場合の例を示す図である。 図６（ａ）に示す検出波形の波形非対称性とウエハアライメント検出系に対するウエハアライメントマークのフォーカス位置との関係を示す図である。 検出波形の波形非対称性の定義を説明するための図である。 ウエハアライメント検出系のコマ収差を調整した後の波形非対称性とウエハアライメント検出系に対するウエハアライメントマークのフォーカス位置との関係を示す図である。 コマ収差調整フォーカス位置でウエハアライメント検出系のコマ収差を調整した後の波形非対称性とウエハアライメント検出系に対するウエハアライメントマークのフォーカス位置との関係を示す図である。 ウエハアライメント検出系における光軸ずれを調整した後の波形非対称性とウエハアライメントマークのフォーカス位置との関係を示す図である。 本発明の一側面としてのウエハアライメント検出系の調整方法を説明するためのフローチャートである。 ある照明条件でウエハアライメントマークを照明した場合の波形非対称性とウエハアライメントマークのフォーカス位置との関係を示す図である。 検出波形の内側の上角部におけるコマ収差調整フォーカス位置の波形非対称性とウエハアライメントマークの段差量との関係を示す図である。 検出波形の外側の上角部におけるコマ収差調整フォーカス位置の波形非対称性とウエハアライメントマークの段差量との関係を示す図である。 ３つの照明σ値でλ／４の段差を有するウエハアライメントマークを照明（検出）して得られた検出波形の内側の上角部における波形非対称性とウエハアライメントマークのフォーカス位置との関係を示す図である。 コマ収差及び光軸ずれが存在しない（理想状態）ウエハアライメント検出系が各照明σ値（０．３、０．４、０．６）でウエハアライメントマークを照明（検出）した場合の検出波形を示す図である。 シリコン面にレジストで段差を形成したレジストウエハの概略断面図である。 図２０に示すレジストウエハから得られた検出波形の内側の上角部における波形非対称性とレジストウエハのフォーカス位置との関係を示す図である。 コマ収差及び光軸ずれが存在しない（理想状態）ウエハアライメント検出系が照明σ値０．４で図２０に示すレジストウエハを照明（検出）した場合の検出波形を示す図である。 検出波形の下角部における波形非対称性とウエハアライメント検出系に対するウエハアライメントマークのフォーカス位置との関係を示す図である。 λ／８の段差を有するウエハアライメントマークを照明σ値０．９で照明した場合に得られる検出波形の一例を示す図である。 図２４に示す検出波形の波形非対称性とウエハアライメント検出系に対するウエハアライメントマークのフォーカス位置との関係を示す図である。 光軸ずれ調整フォーカス位置でウエハアライメント検出系における光軸ずれを調整した後の波形非対称性とウエハアライメントマークのフォーカス位置との関係を示す図である。 本発明の一側面としてのウエハアライメント検出系の調整方法を説明するためのフローチャートである。 ある照明条件でウエハアライメントマークを照明した場合の波形非対称性Ｅとウエハアライメントマークのフォーカス位置との関係を示す図である。 検出波形の下角部における光軸ずれ調整フォーカス位置の波形非対称性とウエハアライメントマークの段差量との関係を示す図である。 ３つの照明σ値でλ／８の段差を有するウエハアライメントマークを照明（検出）して得られた検出波形の下角部における波形非対称性とウエハアライメントマークのフォーカス位置との関係を示す図である。 光軸ずれ及びコマ収差が存在しない（理想状態）ウエハアライメント検出系が各照明σ値（０．９、０．６、０．４）でウエハアライメントマークを照明（検出）した場合の検出波形を示す図である。 ウエハアライメント検出系が照明σ値０．９でレジストウエハを照明（検出）して得られた検出波形の下角部における波形非対称性とレジストウエハのフォーカス位置との関係を示す図である。 光軸ずれ及びコマ収差が存在しない（理想状態）ウエハアライメント検出系が照明σ値０．９でレジストウエハを照明（検出）した場合の検出波形を示す図である。 デバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図３４に示すステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１ 露光装置
１０ 照明装置
１２ 光源
１４ 照明光学系
２０ レチクル
２５ レチクルステージ
２７ ミラー
２９ レーザ干渉計
３０ 投影光学系
４０ ウエハ
４２ ウエハアライメントマーク
４５ ウエハステージ
４７ ミラー
４９ａ及び４９ｂ レーザ干渉計
５０ ステージ基準プレート
５２ レチクルアライメント検出系用基準マーク
５４ ウエハアライメント検出系用基準マーク
６０ フォーカス検出系
７０及び７５ レチクルアライメント検出系
８０ ウエハアライメント検出系
８０１ 照明光源
８０２ リレー光学系
８０３ 開口絞り
８０４ 照明系
８０５ 偏光ビームスプリッター
８０６ λ／４位相板
８０７ 対物レンズ
８０８ リレーレンズ
８０９ 第１の結像光学系
８１０ 光学部材
８１１ 第２の結像光学系
８１２ 光電変換素子
８１３乃至８１５ 駆動部
９０ 制御部

Claims (12)

1. 位置を変更可能な第１の光学部材及び第２の光学部材を含む光学系を備え、被検物体の位置を検出する位置検出装置の調整方法であって、
   前記光学系の光軸に垂直な方向における前記第１の光学部材を位置決めすべき位置として互いに異なる複数の位置を設定する設定ステップと、
   前記設定ステップで設定された前記複数の位置の各々について、前記被検物体を相対的に前記光軸の方向に移動させながら、前記光学系を介して光電変換素子に入射する光を検出する検出ステップと、
   前記複数の位置の各々について、前記検出ステップで検出された光の検出信号の非対称性を示す評価値を算出する算出ステップと、
   前記複数の位置に対して、前記算出ステップで算出された前記評価値が鈍感である前記被検物体の前記光軸の方向の位置を特定する特定ステップと、
   前記特定ステップで特定された前記被検物体の前記光軸の方向の位置において、前記評価値に基づいて、前記第２の光学部材の前記光軸に垂直な方向の位置を調整する第１の調整ステップとを有することを特徴とする調整方法。
2. 前記特定ステップで特定された前記被検物体の前記光軸の方向の位置と異なる位置において、前記評価値に基づいて、前記第１の光学部材の前記光軸に垂直な方向の位置を調整する第２の調整ステップを更に有することを特徴とする請求項１記載の調整方法。
3. 前記第１の光学部材は、前記被検物体を照明するための光を射出する光源又は前記光学系の瞳面に配置された開口絞りを含み、
   前記第２の光学部材は、前記光学系の収差を調整する光学部材を含み、
   前記設定ステップでは、前記光源又は前記開口絞りの前記光軸に垂直な方向の位置を設定することで互いに異なる複数の光軸ずれを設定し、
   前記第１の調整ステップでは、前記光学部材を前記光軸に垂直な方向に駆動することで前記光学系の収差を調整し、
   前記第２の調整ステップでは、前記光源又は前記開口絞りを前記光軸に垂直な方向に駆動することで前記光学系の光軸ずれを調整することを特徴とする請求項２記載の調整方法。
4. 前記第１の調整ステップでは、前記光学部材は、前記評価値に基づいて、駆動部によって駆動されることを特徴とする請求項３記載の調整方法。
5. 前記第１の光学部材は、前記光学系の収差を調整する光学部材を含み、
   前記第２の光学部材は、前記被検物体を照明するための光を射出する光源又は前記光学系の瞳面に配置された開口絞りを含み、
   前記設定ステップでは、前記光学部材の前記光軸に垂直な方向の位置を設定することで互いに異なる複数の収差を設定し、
   前記第１の調整ステップでは、前記光源又は前記開口絞りを前記光軸に垂直な方向に駆動することで前記光学系の光軸ずれを調整し、
   前記第２の調整ステップでは、前記光学部材を前記光軸に垂直な方向に駆動することで前記光学系の収差を調整することを特徴とする請求項２記載の調整方法。
6. 前記第１の調整ステップでは、前記光源又は前記開口絞りは、前記評価値に基づいて、駆動部によって駆動されることを特徴とする請求項５記載の調整方法。
7. 前記検出信号のコントラストを基準として、前記特定ステップで特定された前記被検物体の前記光軸の方向の位置に前記被検物体を移動させる移動ステップを更に有することを特徴とする請求項１記載の調整方法。
8. 前記検出信号のコントラストが最大となる位置を基準として、前記特定ステップで特定された前記被検物体の前記光軸の方向の位置に前記被検物体を移動させる移動ステップを更に有することを特徴とする請求項１記載の調整方法。
9. 前記被検物体は、前記被検物体を照明する光の波長をλとすると、λ／４の奇数倍の段差を有することを特徴とする請求項３記載の調整方法。
10. 前記被検物体は、前記被検物体を照明する光の波長をλとすると、λ／８の奇数倍の段差を有することを特徴とする請求項５記載の調整方法。
11. 光源からの光束を用いてレチクルを照明する照明光学系と、
    前記レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系と、
    位置を変更可能な第１の光学部材及び第２の光学部材を含む光学系を備え、前記レチクルの位置及び前記基板の位置の少なくとも一方を検出する位置検出装置とを有し、
    前記位置検出装置は、
    前記光学系の光軸に垂直な方向における前記第１の光学部材を位置決めすべき位置として互いに異なる複数の位置を設定する設定手段と、
    前記設定手段によって設定された前記複数の位置の各々について、前記レチクルの位置又は前記基板の位置を示すマークを相対的に前記光軸の方向に移動させながら、前記光学系を介して光電変換素子に入射する光を検出する検出手段と、
    前記複数の位置の各々について、前記検出手段によって検出された光の検出信号の非対称性を示す評価値を算出する算出手段と、
    前記複数の位置に対して、前記算出手段によって算出された前記評価値が鈍感である前記マークの前記光軸の方向の位置を特定する特定手段と、
    前記特定手段によって特定された前記マークの前記光軸の方向の位置において、前記評価値に基づいて、前記第２の光学部材の前記光軸に垂直な方向の位置を調整する調整手段とを有することを特徴とする露光装置。
12. 請求項１１記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
    露光された前記基板を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。

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